Công nghệ tụ điện HVDC thay thế HVAC giải pháp năng lượng điện gió

0
231
Siêu tụ điện HVDC Capacitor
Siêu tụ điện HVDC Capacitor triển vọng phát triển điện gió

Nguồn tài nguyên gió tốt nhất nằm ở ngoài khơi và ven bờ biển. Quá trình khai thác đặt ra bài toán giảm tải thất thoát trong quá trình truyền tải xa. Giải pháp công nghệ tụ bù tiên tiến để hiệu chỉnh hệ số công suất để hòa vào mạng lưới sử dụng,

Bài viết tham khảo giải pháp tụ bù công suất dòng điện một chiều (HVDC) điện áp cao. Tụ bù công suất với điện môi cũ dạng màng PP polypropylence kim loại hay công nghệ chất lỏng (dầu, nước cất). Công nghệ cách điện sử dụng điện môi truyền thống đang nhường chỗ cho các giải pháp tụ điện kiểu khô, nhỏ gọn.

Để phù hợp với thiết kế tĩnh điện hiện đại, các nhà sản xuất bộ chuyển đổi. Các công ty côn nghệ đang nghiên cứu tìm cách giải quyết vấn đề kỹ thuật truyền tải. Để di chuyển một lượng lớn năng lượng gió trong khoảng cách xa mà không bị thất thoát tổn hao.

13 dự án phong điện đã đi vào vận hành thương mại tại Việt Nam.

Khai thác nặng lượng từ gió

Nghiên cứu của Paumanok cho thấy sản lượng gió toàn cầu sẽ tăng 385% từ năm 2020 đến năm 2025. Công suất tăng từ 13 gigawatt công suất lắp đặt lên 63 gigawatt.

Tốc độ tăng trưởng đáng kể sẽ tác động tích cực đến các nhà sản xuất tụ điện, tụ bù công suất. Và nhà cung cấp vật liệu chính ở Đức, Ý, Phần Lan, Nhật Bản, Trung Quốc và Hoa Kỳ. Nhiều nhà sản xuất, nhà cung cấp tụ điện và vật liệu hỗ trợ thị trường HVDC nhận định nhu cầu thị trường sẽ tăng từ năm 2020.

Dựa trên phân tích chi tiết về các dự án HVDC toàn cầu theo quốc gia. Paumanok ước tính rằng từ năm 2021 đến năm 2025, cơ hội bán tụ điện sẽ chủ yếu ở châu Âu, nhưng với các cơ hội thị trường đáng kể. Và đang xuất hiện ở châu Mỹ và châu Á trong khoảng thời gian sắp tới

Triển vọng dài hơn về tiêu thụ tụ điện dựa trên mục tiêu của chính phủ về năng lượng gió theo khu vực. Do đó, đến năm 2030, Paumanok ước tính sản lượng năng lượng gió toàn cầu sẽ đạt 143 GW. Ước tính sản lượng năng lượng gió toàn cầu là 63 GW.

Thị trường tăng trưởng bền vững cho tụ điện PP màng nhựa kim loại loại khô từ năm 2021-2030. Hơn nữa, việc áp dụng các công nghệ mới như màng PP polypropylene. Chất dùng làm điện môi được phân đoạn và việc ngâm tẩm chất lỏng. Điện môi polyme để thay thế các lon chứa đầy dầu lớn hơn. Màng polypropylene đang tạo ra cơ hội thị trường mới cho các nhà sản xuất tụ điện trên toàn thế giới.

Thị trường tụ điện hiệu chỉnh hệ số công suất cao

Tụ bù điện cao áp polypropylene đã được sử dụng để hiệu chỉnh hệ số công suất của lưới điện. Tụ bù được ứng dụng truyền tải và phân phối điện cấp tiện ích kể từ năm 1954. Mặc dù các tụ điện giấy cao áp được ngâm tẩm được sử dụng cho ứng dụng này có thể bắt nguồn từ năm 1876.

Tụ điện được đưa trực tiếp vào lưới điện để tăng hiệu suất của hệ số công suất. Điều này nhằm hạn chế tổn thất năng lượng chung trong hệ thống.Và nó trở thành công nghệ cho phép khi có khoảng cách xa giữa sản xuất và tiêu thụ ở vị trí các xa hàng trăm dặm.

Paumanok đã nghiên cứu thị trường tụ điện màng trong 34 năm. Và mô tả thị trường này là duy nhất trong ngành tụ điện vì nó phần lớn độc quyền.

Tuy nhiên, ở Châu Âu đặc biệt ở Đức một số nhà sản xuất tụ điện màng polypropylene. Họ đã nhận được các hợp đồng độc quyền phân phân phối và truyền tải điện. Các sản phẩm này chưa từng xuất hiện ở những nơi khác trên thế giới. Các nhà sản xuất tụ điện màng nhỏ hơn phục vụ cho các thị trường ngoại vi. (Cung cấp điện, thị trường hàn, lò nung và lực kéo đã phát triển các giải pháp siêu tụ bù nhỏ gọn dạng khô). Các đột phá này nhằm giúp mở rộng khả năng truyền tải dòng điện một chiều DC điện áp cao. Điều này là cơ hội ứng dụng phát triển ngành năng lượng điện gió ngoài khơi truyền tải đi xa

Xu hướng từ HVAC sang HVDC trong tải điện

Truyền tải được thực hiện ở điện áp cao để đạt được hiệu quả tối đa. Dòng điện xoay chiều điện áp cao (HVAC) là phương pháp được ưa chuộng trong lịch sử cho các mục đích truyền tải vì điện áp cao và biến đổi điện áp đều có thể dễ dàng đạt được nhờ máy biến áp.

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về điện, các công ty điện lực đang cải thiện hiệu suất hệ thống. Bằng cách kết nối các nguồn năng lượng tái tạo với lưới điện và cân bằng tải hệ thống. Quan trọng nhất, việc sử dụng công nghệ truyền dẫn HVAC sẽ không khả thi về mặt kinh tế. Vì khi có sự tham gia của các đường truyền dài (>300 dặm) do điện áp không ổn định và tổn thất truyền tải cao hơn. Sử dụng dòng điện một chiều điện áp cao để truyền tải điện năng đi xa hơn rất nhiều.

Cơ hội cho các nhà cung cấp tụ điện

Tiềm năng đối các nhà sản xuất linh kiện và các nhà cung cấp nguyên liệu polypropylene, màng và kim loại hóa. Truyền tải HVDC được sử dụng để nâng cao hiệu quả truyền tải điện. Đồng thời tăng cường khả năng kết nối giữa các lưới điện không đồng bộ.

Từ 2021-2030, nhiều hệ thống HVDC sẽ được xây dựng để tận dụng sức gió biển. Có thể tìm thấy gió lớn và ổn định trên biển với khoảng cách đến bờ hơn 300 dặm.

Các tụ điện Polypropylene là thiết bị quan trọng của các hệ thống HVDC. Nó giúp giúp hiệu hiệu chỉnh hệ số công suất dọc theo các đường dây điện đường dài. Hơn nữa, tụ điện HVDC sẽ cải thiện hiệu suất thể tích và tuổi thọ dài hơn. Điều này cho phép chuyển đổi và dễ dàng lắp đặt hơn trong môi trường khắc nghiệt

Ưu điểm tụ điện HVDC với màng cách điện Polypropylence. Tụ điện HVDC tạo ra tiềm năng rất lớn phát triển điện gió với hệ thống điện cao thế truyền tải đi xa. Trong khi đó với các tù bù công suất HVAC hạ thế với chất cách điện  môi truyền thống dạng khô (giấy, sứ, không khí khô) hay dạng lỏng (dầu, nước cất) vẫn đang vận hành cũng có những lợi thế nhất định vẫn giữ 1 vị trí quan trọng

Điểm nổi bật truyền tải với tụ điện HVDC

  • Truyền tải điện hàng loạt với khoảng cách hơn 300 dặm. Kết nối hệ thống không đồng bộ (liên kết). Cho phép chuyển nguồn giữa các hệ thống lưới điện chạy ở các tần số khác nhau. Một nửa nhu cầu tụ điện kim loại nhỏ gọn 2021-2030. HVDC sẽ dành cho các kết nối liên kết nơi cần hiệu chỉnh hệ số công suất.
  • Tích hợp trang trại điện gió (phong điện) ngoài khơi. Đơn giản hóa việc chuyển tải điện hàng loạt từ các trang trại điện gió ngoài khơi sang tải trọng lớn. Xu hướng này thúc đẩy nhu cầu cải tiến công nghệ tụ điện.

Dẫn đầu thị trường trong thiết kế tụ điện cho HVDC

Thị trường toàn cầu được chia thành các tủ tụ điện, mô-đun và giá đỡ. Với mỗi phân khúc sản phẩm sẽ có mức tiêu thụ tăng giá trị và lợi nhuận riêng

Với phân khúc cơ bản này đòi hỏi khả năng sản xuất các thiết bị tủ tụ điện 450-900 Volt và 1.500 volt. Các tụ điện riêng lẻ được đóng gói trong vỏ nhôm lớn, chắc chắn. Đồng thời dễ dàng gắn vào các mô-đun. do đó dễ dàng gắn kết thành giá đỡ.

Sự khác biệt thị trường gần đây đã xuất hiện trong lĩnh vực điện dung trên mỗi thiết bị. Mà theo đó chất điện môi polypropylene truyền thống là rất nhỏ. Đòi hỏi polypropylene được kim loại hóa, nhỏ hơn 1.000 microfarad. Các công ty dẫn đầu về công nghệ, tập trung ở châu Âu, hiện đang cung cấp các giải pháp tụ điện nhỏ gọn. Các tụ điện này có điện dung từ 6.500- 30000 microfarads, Được tích hợp theo chiều dọc và được bán trong các mô-đun phù hợp với giá đỡ.

Các nhà cung cấp tụ điện polypropylene tiên phong với phân khúc phân phối truyền tải điện cao áp. Họ đã phát triển tụ điện khô thay thế chất lỏng điện môi bằng chất độn nhựa polyurethane rắn. Thiết kế tụ điện PP nhỏ hơn 20% so với thiết kế tụ điện chứa đầy dầu. Các khối tụ điện nhỏ hơn này cho phép thiết kế bộ chuyển đổi tĩnh nhỏ gọn hơn. Điều này rất quan trọng đối với các hệ thống điện phân tán có thể chạy hàng trăm dặm.

Tủ tụ điện, mô-đun và giá đỡ

Với mỗi phân khúc sản phẩm sẽ có mức tiêu thụ tăng giá trị và lợi nhuận riêng

Với phân khúc cơ bản này đòi hỏi khả năng sản xuất các thiết bị tủ tụ điện 450-900 Volt và 1.500 volt. Các tụ điện riêng lẻ được đóng gói trong vỏ nhôm lớn, chắc chắn. Đồng thời dễ dàng gắn vào các mô-đun. do đó dễ dàng gắn kết thành giá đỡ.

Sự khác biệt thị trường gần đây đã xuất hiện trong lĩnh vực điện dung trên mỗi thiết bị. Mà theo đó chất điện môi polypropylene truyền thống là rất nhỏ. Đòi hỏi polypropylene được kim loại hóa, nhỏ hơn 1.000 microfarad. Các công ty dẫn đầu về công nghệ, tập trung ở châu Âu, hiện đang cung cấp các giải pháp tụ điện nhỏ gọn. Các tụ điện này có điện dung từ 6.500- 30000 microfarads, Được tích hợp theo chiều dọc và được bán trong các mô-đun phù hợp với giá đỡ.

Các nhà cung cấp tụ điện polypropylene tiên phong với phân khúc phân phối truyền tải điện cao áp. Họ đã phát triển tụ điện “loại khô” thay thế chất lỏng điện môi bằng chất độn nhựa polyurethane rắn. Thiết kế tụ điện PP nhỏ hơn 20% so với thiết kế tụ điện chứa đầy dầu. Các khối tụ điện nhỏ hơn này cho phép thiết kế bộ chuyển đổi tĩnh nhỏ gọn hơn. Điều này rất quan trọng đối với các hệ thống điện phân tán có thể chạy hàng trăm dặm.

Kết luận

Mỗi gigawatt được sản xuất cần hàng nghìn tụ điện trong các modul để đạt được điện áp và điện dung mong muốn. Các modul đó được đặt vào giá đỡ để hỗ trợ điện áp lớn truyền tải đi xa.

Các tụ điện PP HVDC dạng khô nhỏ hơn 20% so với tụ công suất dầu. Hàng nghìn tụ điện mạnh mẽ này với mỗi tụ điện có tuổi thọ hoạt động từ 200.000 đến 300.000 giờ. Modul được lắp đặt với các bộ chuyển đổi tĩnh để điều chỉnh hệ số công suất nhằm hạn chế tổn thất tổng thể.

Nhu cầu rất lớn về tụ điện khô loại polypropylene mạ kim loại đối với các dự án phong điện ngoài khơi. Đây mục tiêu dài hạn của chính phủ về sản xuất điện trong chiến lược an ninh năng lượng quốc gia.

Chú thích: 1. Capacitor: Tụ điện
2. HVDC-High Voltage Direct Current: Điện 1 chiều cao thế.
3. HVAC-High Voltage Alternating Current: Điện xoay chiều cao thế